KR101793395B1

KR101793395B1 - 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치 및 합금화 용융 아연 도금 강판 제조 라인

Info

Publication number: KR101793395B1
Application number: KR1020167010418A
Authority: KR
Inventors: 마코토 나카자와; 하지메 후지무라; 쇼헤이 아오야마; 고이치로 사노; 마사아키 오모다카; 시게루 하시모토
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2017-11-02
Also published as: EP3062094A4; MX2016005196A; WO2015059835A1; US9927378B2; CN105659073A; MX356909B; JP6123908B2; BR112016008450B1; BR112016008450A2; US20160252469A1; EP3062094A1; CN105659073B; KR20160060123A; JPWO2015059835A1

Abstract

이 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치는, 반송 라인 상을 주행하는 합금화 용융 아연 도금 강판을 향해 X선을 조사하는 X선 관구와 ; X선 관구로부터 발생된 X선을 평행 빔으로서 합금화 용융 아연 도금 강판에 조사·회절시키는 광학계와 ; 회절된 X선의 강도를 측정하는 것이며, 결정 격자면 간격 d가 1.5Å 이상에 상당하는 회절 X선을 검출하는 위치에 설치된 검출기를 구비하여 이루어지고, X선의 출사 빔 휘도가 20W/㎟ 이상으로 되고, 광학계에 있어서의 X선의 폭 방향 이득이 0.15 이상으로 되어 있다. 결정 격자면 간격 d는, 1.914Å이어도 된다. 또한, X선 관구로부터의 입사 X선의 에너지가, Fe-Kα의 형광 X선 여기 에너지보다 작아도 된다.

Description

합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치 및 합금화 용융 아연 도금 강판 제조 라인 {ON-LINE PLATING ADHESION DETERMINATION DEVICE FOR GALVANNEALED STEEL SHEET AND GALVANNEALED STEEL SHEET PRODUCTION LINE}

본 발명은, 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치 및 합금화 용융 아연 도금 강판 제조 라인에 관한 것이다.

합금화 용융 아연 도금 강판은, 자동차용 강판으로서 전 세계에서 널리 사용되고 있다. 합금화 용융 아연 도금 강판에 요구되는 품질 특성으로서는, 내식성, 도장성, 용접성, 프레스 성형 시의 내 파우더링성, 및 내 플레이킹성 등이 있다. 합금화 용융 아연 도금 강판의 도금층을 구성하는 Fe-Zn상에는, ζ상, δ₁상, Γ·Γ₁상이 포함된다. 상기 특성 중, 특히 내 파우더링성 및 내 플레이킹성으로 대표되는 프레스 성형성은, ζ상, Γ·Γ₁상의 생성량으로 좌우된다. 내 파우더링성은, Γ·Γ₁상이 적을수록 양호해지고, 내 플레이킹성은, ζ상이 적을수록 양호해진다. 그로 인해, 양호한 프레스 성형성을 얻기 위해서는, δ₁상 주체의 도금층이 요구된다.

도금층을 δ₁상 주체로 하기 위해서는, 도금욕 조성(욕 중 Al 농도)이나 도금욕의 욕온, 강재의 가열 및 냉각 조건을, 강재 성분에 따라서 최적화할 필요가 있다. 욕 중 Al 농도나 욕온은 일정 범위로 유지하는 것이 통상이며, 그리고 나서, 강재의 합금화 속도에 따라서, 최적이라고 생각되는 가열·냉각 패턴을 정하여 조업한다. 그러나 실제로는, 예를 들어 열연 등의 상공정(도금보다 앞의 공정)에서의 조업 조건에 의해, 동일한 강종이라도 코일마다, 나아가 동일한 코일 내라도 각 부위가 실제로 받은 공정 조건에 따라, 부위마다 합금화 속도가 바뀌는 경우가 있다. 이로 인해, 그때마다, 작업자가 눈으로 합금화의 정도를 확인하면서, 가열·냉각 조건을 미세 조정하고 있다. 그 결과, 어떠한 합금상이 얻어졌는지, 또한 내 파우더링성 및 내 플레이킹성이 양호하였는지 여부는, 통판 후에 코일의 대표 부위(통상은 프론트부 및/또는 테일부)를 오프라인에서, 시험 및 분석함으로써 확인하고 있다.

그러나, 이러한 오프라인에서의 시험 및 분석으로 도금 품질을 확인하는 방법은, 조업 조건에의 신속한 피드백이 불가능하다. 그로 인해, 예를 들어 강종이 바뀌어 합금화 속도가 변화된 경우, 수율의 떨어짐으로 이어질 위험성이 있다. 또한, 예를 들어 열연의 권취 조건 등에 따라서는, 코일의 프론트부가 미들부에 비해 합금화가 느린 케이스도 있고, 이 경우에 합금화 조건을 프론트부에 맞추어 조업하면, 미들부가 과합금이 되어, 코일의 대부분에서 파우더링이 현재화되는 것과 같은 사태도 상정된다.

이들 문제를 미연에 방지하기 위해서는, 코일 전체 길이에 걸치는 정밀도가 높은 온라인 측정이 유효하다. 이 목적으로 실시되어 있는 기술이, 온라인 X선 회절법이다. X선 회절법은, 결정에 X선을 조사한 경우에 일어나는 회절 현상을 이용하여, 도금층 중의 결정상의 정성·정량 평가를 행하는 방법이다. 이것을 온라인 측정에 사용하는 경우에는, 예를 들어 회절 X선 강도와 결정상의 두께의 상관이 좋은 회절 X선을 선택할 필요가 있다. 또한, 높은 측정 정밀도를 얻기 위해서는 강도가 큰 회절 X선을 실용적인 회절각 범위로부터 선택할 필요가 있다.

특허문헌 1 및 2에는, 실용적인 회절각(2θ) 범위로서, 2θ＞80°(X선 관구로서 Cr 관구를 사용한 경우, 결정 격자면 간격: d＜1.78Å)가 강판의 요동, 강판으로부터의 열적 영향 및 입사 X선 강도 변동의 영향이 작은 범위라고 개시되어 있다. 상기 조건을 만족시키는 결정 격자면 간격으로서, 종래부터 다용되고 있는 것은, 예를 들어 특허문헌 2∼5에도 기재된 바와 같이, ζ상은 d=1.26Å(Cr 관구에서의 2θ=130°)이고, δ₁상은 d=1.28Å(Cr 관구에서의 2θ=127°)이고, Γ·Γ₁상은 d=1.22Å(Cr 관구에서의 2θ=139°)이다.

그러나, 종래 기술의 온라인 X선 회절법은, 코일 전체 길이에 걸쳐 정밀도가 높은 온라인 측정을 행하고, 결과를 신속하게 조업 조건에 피드백하여, 과합금이나 미합금을 미연에 방지하기 위해서는, 결코 충분한 것이라고는 할 수 없다. 그 최대의 이유는, 종래 사용되어 온 ζ상, δ₁상 및 Γ·Γ₁상의 각 상이 나타내는 3개의 회절 X선 피크가, 서로 인접하고 있고, 또한 높고 평탄하지 않은 백그라운드가 있는 영역에 존재하기 때문이다. 종래 기술은, 강판의 요동, 강판으로부터의 열적 영향 및 입사 X선 강도 변동의 영향이 작은 범위인 2θ＞80°라고 하는 제약 조건과, 3상(ζ상, δ₁상, Γ·Γ₁상)의 회절 X선이 인접하고 있는 것에 의한 동시 측정이라고 하는 조건을 중시하고 있다. 그 결과, 각 상의 두께를 고정밀도로 측정한다고 하는 본래 목적을 달성하기 위해서는 극히 불충분하다고 할 수 있다.

또한, 최근, 제조 라인의 생산성 향상이나 경쟁력 강화를 위해, 합금화 용융 아연 도금 강판의 제조 라인의 고속화가 진행되고 있다. 고속화된 제조 라인에 있어서 합금화 용융 아연 도금 강판의 도금 밀착성을 온라인에서 판정하기 위해서는, 도금 밀착성 판정에 필요로 하는 분석 시간을 짧게 할 필요가 있다. 도금 밀착성이 좋은 강판과 도금 밀착성이 나쁜 강판의 차를 유의하게 판정하기 위해서는, 양자의 측정값 사이에, 측정 편차의 3배(3σ) 이상의 유의 차가 있는 것이 필요하다.

판정에 필요한 분석 시간이 길수록, 판정 개시로부터 완료까지의 사이에 통과하는 강판 길이가 길어져, 제조 라인이 고속화되면, 판정을 위해 필요한 강판 길이는 더욱 길어진다. 이것이 지나치게 길어지면, 코일 전체 길이에 걸치는 품질 보증이 곤란해지고, 또한 조업 조건에의 신속한 피드백도 어려워진다. 더욱 단시간의 측정을 가능하게 하기 위해서는, 시그널의 강도, S/N비의 개선이 필요하다. 또한, 고속화에 수반하여 강판 진동이 커지므로, 종래보다 한층 더 강판 진동에 의한 시그널에의 영향을 완화할 필요가 있다.

특허문헌 6에, 강판 진동에 의한 영향을 경감시키는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 6에서는, 입사 X선 빔을 다층막 미러에 입사시킴으로써 평행화하고 있다. 그 결과, 강판 표면의 도금층에의 입사 X선 빔 조사에 의해 발생하는 회절 X선도 평행화되므로, 강판의 진동에 의해 X선의 회절 위치와 검출계의 거리가 변동되는 경우라도, 검출되는 회절 X선의 강도가 안정된다고 하는 장점이 있다.

다층막 미러의 효과에 대해서는, 비특허문헌 1에도 기재가 있다. 실험실의 X선원으로부터 나오는 발산 빔을 효율적으로 평행화하기 위해, 다층막 미러와 평행 슬릿을 사용한 예가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 소52-21887호 공보 일본 특허 공개 평5-45305호 공보 일본 특허 공개 평9-33455호 공보 일본 특허 공개 평7-260715호 공보 일본 특허 공개 평4-110644호 공보 일본 특허 공개 제2002-168811호 공보

「X선 분석의 진보 31」, P11∼27, 2000년, 아그네 기술 센터 발행

본 발명은, 상기 사정에 비추어 이루어진 것이며, 금후의 제조 라인의 고속화에 추종 가능한, 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치 및 합금화 용융 아연 도금 강판 제조 라인을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 회절 각도 2θ가 저각측인 범위에 있어서, 백그라운드 강도가 낮고, 또한 평탄(수평에 가까움)한 것에 착안하여, 예의, 검토를 거듭하였다. 그 결과, 결정 격자면 간격 d가 1.5Å 이상에 상당하는 저각측에, 각 상 단독의 회절 X선 피크가 복수 존재하는 것을 발견하였다. 이들 피크의 정량성에 대해 검토를 거듭한 결과, 정량성이 우수하고 또한 백그라운드 강도가 낮은, 각 상에 각각 대응하는 피크를 동정하기에 이르렀다. 또한, 이들 중, 결정 격자면 간격 d가 1.914Å에 상당하는 회절 X선의 강도로부터 백그라운드 강도를 차감한 값을 사용함으로써 합금화 용융 아연 도금 강판의 도금 밀착성에 영향을 미치는 Γ·Γ₁상의 두께를 고정밀도로 측정할 수 있는 것을 발견하였다.

계속해서 본 발명자들은, 실기화의 검토를 진행하였다. 강판의 통판 속도가 높은 제조 라인에 적용하기 위해서는, 통판 시의 강판의 진동의 문제를 해결할 필요가 있다. 강판 진동의 영향을 경감시키기 위해서는, 광학계로서 평행 빔 광학계를 사용해야 한다는 생각을 기초로, 평행 빔 광학계에 있어서, 결정 격자면 간격 d가 1.5Å 이상에 상당하는 Fe-Zn상 저각 피크를 감도 좋게 검출하는 방법에 대해, 예의, 검토를 거듭하였다. 그 결과, 먼저, X선 관구의 사양에 있어서는, 출력, 초점 사이즈, 취출 각도 및 취출 방법의 선택이, 감도 향상을 위해 중요한 것을 발견하였다. 다음으로, X선 관구를 나온 빔을 시료에 조사하고, 다시 검출기까지 효율적으로 유도하기 위한 광학계 사양에 대해 검토하였다. 이 결과, 특히 입사 광학계에 있어서의, Capture angle과 반사율을 적절하게 설정함으로써, 검출 효율을 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다. 따라서 본 발명자들은, 이들 파라미터를 변화시켜 계통적인 실험을 거듭한 결과, 평행 빔 광학계를 전제로 한 경우, 「출사 빔 휘도」 및 「폭 방향 이득」이라고 하는 2개의 파라미터가 특정 하한값을 상회하도록, X선 관구 및 광학계의 설계를 함으로써, 목적의 회절 피크를 감도 좋게 검출할 수 있는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명자들은, 상기한 조건을 만족시키는 온라인 X선 회절 장치를 제작하고, 연속 용융 아연 도금 라인의 합금화로 이후, 코일 권취까지의 사이에 있고, 판 두께 변동과 강판 진동의 합이 ±3㎜ 이내로 되는 위치에 설치한 바, 실제로 합금화 용융 아연 도금의 온라인 밀착성 판정을 단시간에 고정밀도로 행할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 즉, 본 발명의 일 양태에 관한 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치는, 반송 라인 상을 주행하는 합금화 용융 아연 도금 강판을 향해 X선을 조사하는 X선 관구와 ; 상기 X선 관구로부터 발생된 X선을 평행 빔으로서 상기 합금화 용융 아연 도금 강판에 조사·회절시키는 광학계와 ; 회절된 상기 X선의 강도를 측정하는 것이며, 결정 격자면 간격 d가 1.5Å 이상에 상당하는 회절 X선을 검출하는 위치에 설치된 검출기를 구비하여 이루어지고, 상기 X선의 출사 빔 휘도가 20W/㎟ 이상으로 되고, 상기 광학계에 있어서의 상기 X선의 폭 방향 이득이 0.15 이상으로 되어 있다.

(2) 상기 (1)에 기재된 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치는, 상기 검출기가, 결정 격자면 간격 d가 1.914Å에 상당하는 상기 회절 X선을 검출하는 회절각의 위치에 설치되어 있어도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치는, 상기 X선 관구로서, 상기 합금화 용융 아연 도금 강판에 입사하는 X선의 에너지가 Fe-Kα의 형광 X선 여기 에너지보다도 작아지는 X선 관구를 사용하면 된다.

(4) 또한, 본 발명의 일 양태에 관한 합금화 용융 아연 도금 강판 제조 라인은, 상기 (1)∼(3)에 기재된 온라인 도금 밀착성 판정 장치를, 합금화로 이후, 코일 권취까지의 사이에 있고, 판 두께 변동과 강판 진동의 합이 ±3㎜ 이내로 되는 위치에 설치한 것이다.

본 발명의 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치를 적용함으로써, 단시간에 밀착성의 불량 판정이 가능해지므로, 금후, 제조 라인에 있어서의 강판의 통판 속도가 고속화된 경우에 있어서도, 코일 전체 길이에 걸쳐 정밀도가 높은 온라인 측정을 행할 수 있다. 또한, 그 결과를 신속하게 조업 조건에 피드백하여, 과합금이나 미합금을 미연에 방지할 수 있다. 이 결과, 고속 통판 시에 있어서도, 수율 향상이나 품질 보증에 크게 기여할 수 있어, 저비용으로 도금 품질이 우수한 합금화 용융 아연 도금 강판을, 수요가에게 안정적으로 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태인 온라인 도금 밀착성 판정 장치에 있어서의 X선 관구의 초점 사이즈, 취출 각도, 취출 방법 및 실제 초점 사이즈를 설명하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태인 온라인 도금 밀착성 판정 장치의 주요부를 도시하는 모식도이다.
도 3a는 솔러 슬릿을 사용한 경우의 입사측의 광학계 배치도이며, (a)는 측면도이고, (b)는 빔면도이다.
도 3b는 다층막 포물면 미러 및 솔러 슬릿을 사용한 경우의 입사측의 광학계 배치도이며, (a)는 측면도이고, (b)는 빔면도이다.
도 4는 수광측의 광학계 배치도이며, (a)는 측면도이고, (b)는 빔면도이다.
도 5는 솔러 슬릿의 주요부를 도시하는 평면 모식도이다.
도 6은 다층막 포물면 미러의 기능을 설명하는 측면 모식도이다.
도 7은 본 발명에 관한 온라인 도금 밀착성 판정 장치의 일례를 도시한 모식도이다.
도 8은 종래의 온라인 도금 밀착성 판정 장치를 도시한 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태인 온라인 도금 밀착성 판정 장치에 있어서의 출사 빔 휘도와 폭 방향 이득의 관계를 나타내는 도면이며, 본 발명예와 비교예를 대비한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태인 온라인 도금 밀착성 판정 장치에 있어서의 강판 진동의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명에 관한 온라인 도금 밀착성 판정 장치에서 측정한 Γ상 회절선 강도와, 오프라인에서의 도금 밀착성 시험 결과의 관계를 조사한 결과이다.

이하에 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치(이하, 단순히 본 실시 형태에 관한 판정 장치라고 하는 경우가 있음), 및 본 발명의 일 실시 형태에 관한 당해 장치를 설치한 고속 조업 가능한 합금화 용융 아연 도금 강판 제조 라인(이하, 단순히 본 실시 형태에 관한 제조 라인이라고 하는 경우가 있음)에 대해 상세하게 설명한다.

본 실시 형태에 관한 판정 장치는, 합금화 용융 아연 도금 강판의 Fe-Zn 합금상에 포함되는 소정의 상의 두께를 측정하는 측정 장치이며, 합금화 용융 아연 도금 강판에 X선을 조사하는 X선 관구와, X선 관구로부터 검출기까지의 광학계와, X선 조사에 의해 얻어진 회절 X선의 강도를 측정하는 검출기를 갖고 있다. 광학계로서 평행 빔 광학계를 사용하여 합금화 용융 아연 도금 강판에 X선을 입사·회절시킨다. 또한, 검출기가, 결정 격자면 간격 d가 1.5Å 이상에 상당하는 회절 X선을 검출하는 회절각에 상당하는 위치에 설치되어 있다. 그리고, X선의 출사 빔 휘도가 20W/㎟ 이상으로 되고, 광학계에 있어서의 X선의 폭 방향 이득이 0.15 이상으로 되어 있다.

이하, 본 실시 형태에 관한 판정 장치에 적용하는 X선 회절법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 판정 장치에 적용하는 X선 회절법은, 다결정 시료에 특성 X선을 조사하여, 특정 회절각에서의 반사 강도를 측정하는 것이며, 데바이 셰러법으로 분류된다. 또한, 본 실시 형태에 관한 판정 장치에 적용 가능한 X선 회절 장치는, X선 빔을 발생하는 X선 관구, X선 빔의 발산을 제한하는 각종 슬릿, 검출기, 수광 슬릿 및 계수 기록 장치 등에 의해 구성된다.

본 실시 형태에 있어서 사용 가능한 X선 관구는, 필라멘트에 전류를 흐르게 함으로써 열전자를 발생시키고, 이 열전자를 수십 kV의 고전압으로 가속하여 금속 타깃에 충돌시킴으로써 X선을 발생시키고, 발생한 X선을, 베릴륨 창을 통과시켜 취출하는 것이다. X선 관구의 금속 타깃은, 시료에 의한 X선의 흡수나 측정 정밀도를 고려하여 선택되고, Cu, Cr, Fe, Co, Mo, W 등이 사용된다. 이 중에서는, Cu, Cr, Co가 범용성이 우수하므로 특히 바람직하다. 발생하는 X선은, 목적으로 하는 Kα선 외에, Kβ선이나 백색 X선 성분이 포함되므로, 이들 성분을 제거하여 단색화할 필요가 있다. X선 빔의 단색화는, 금속박으로 제작된 Kβ 필터를 수광 슬릿의 앞에 삽입하거나, 또는 모노크로미터를 사용함으로써 행한다. 나아가, 파고 분석기와 조합하거나, X선 콜리메이터에 의한 콜리메이션 시스템을 채용하거나 해도 된다.

X선 빔의 발산을 제한하는 슬릿으로서, X선 빔의 세로 방향 발산을 억제하기 위한 솔러 슬릿과, 시료에의 수평면 내의 발산각을 제한하기 위한 발산 슬릿으로 이루어지는 것을 사용하는 것이 바람직하다. X선 빔을 물질 표면에 조사함으로써 발생한 회절 X선은, 수광 슬릿을 통해 집광되고, 다시 솔러 슬릿과 산란 슬릿을 통해 X선 검출기에서 검출되어, 그 강도가 측정된다.

다음으로, 본 실시 형태에 대해 더욱 상세하게 서술한다.

먼저, 본 실시 형태에 관한 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치에 있어서 이용하는, X선 관구에 대해 설명한다. X선 관구로서는, 봉입형 X선 관구를 사용하는 것이 바람직하다. X선원으로서는 X선 관구 외에, 회전 대음극식 X선 발생 장치가 있어, 출력이 높은 점에서는 유리하지만, 합금화 용융 아연 도금 강판 제조 라인에서 사용하는 경우에는, 진공계 등의 유지·관리가 번잡하므로, X선 관구가 좋다. 봉입형 X선 관구로서는, 형광 X선용 관구, 회절 X선용 관구 중 어느 것을 사용해도 되지만, 초점 사이즈가 작고 고휘도인 회절 X선용 관구가 더욱 바람직하다. 봉입형 X선 관구의 예를 표 1에 나타낸다. 형광 X선용 관구는, 회절 X선용 관구에 대해 초점 사이즈가 비교적 큰 것이며, 표 1에 있어서는 No.1∼3의 관구가 형광 X선용 관구에 상당한다. 회절 X선용 관구는, 표 1의 No.4∼15의 관구가 상당한다. 또한, 표 1 중의 초점 휘도라 함은, 출력(W)을 초점의 면적(㎟)으로 나눈 값이다.

[표 1]

본 실시 형태에 관한 X선 관구의 사양에 있어서는, 출력 외에, 초점 사이즈, 취출 각도 및 취출 방법의 선택이, 감도 향상을 위해 중요하다. 도 1에, 회절 X선용 관구에 있어서의 초점 사이즈, 취출 각도, 취출 방법 및 취출 후의 실체 초점 사이즈와의 관계를 나타낸다. 도 1에 도시하는 바와 같이, X선 관구의 내부에는, 필라멘트(10)와, 필라멘트(10)로부터 이격되어 배치된 금속 타깃(11)이 구비되어 있다. 필라멘트(10)에 통전하여 열전자를 발생시키고, 이 열전자를 금속 타깃(11)에 충돌시킴으로써 X선이 발생한다. 금속 타깃(11) 상에는, 열전자의 충돌 영역인 초점(12)이 형성된다. 초점(12)의 형상은, 금속 타깃(11)에 있어서의 필라멘트(10)의 투영 형상에 가까운 형상으로 되어 있고, 도 1에 도시하는 예에서는, 짧은 방향의 폭이 a(㎜), 길이 방향의 길이가 b(㎜)인 대략 직사각 형상으로 된다. 필라멘트(10)로부터 금속 타깃(11)을 향해 수선을 긋고, 이 수선에 대해 직교하는 평면을 기준으로 하였을 때, 취출 각도 m₁, m₂는 대체로 6°로 된다.

취출 각도 m₁, m₂의 경사 방향은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 초점(12)의 폭 방향을 따라 경사시키는 경우와, 길이 방향을 따라 경사시키는 경우가 있다. 취출 방법은, 타깃의 경사 방향에 따라서, X선 빔의 단면 형상이 정사각형에 가까운 「포인트 취출」과, 취출 빔의 단면 형상이 선 형상인 「라인 취출」이 있다. 취출 방법의 선택에 따라 실제 초점 사이즈가 상이하다. 여기서, 실제 초점 사이즈는, X선 관구의 외부에 출사된 직후의 X선 빔의 단면 사이즈를 말한다.

초점(12)을 평면에서 본 사이즈(폭×길이로 나타냄, 이하 마찬가지)가 a(㎜)×b(㎜)인 경우, 포인트 취출을 하면, 도 1에 도시하는 바와 같이, X선의 취출 방향이 초점의 길이 방향을 따라 취출 각도 m₁로 경사져 있음으로써, 초점 사이즈의 길이 방향의 치수가 압축되어, 취출 후의 실제 초점 사이즈(13)가 a(㎜)×tan(m₁)·b(㎜)로 된다. 한편, 라인 취출을 하면, 도 1에 도시하는 바와 같이, X선의 취출 방향이 초점의 폭 방향을 따라 취출 각도 m₂로 경사져 있음으로써, 초점 사이즈의 폭 방향의 치수가 압축되어, 취출 후의 실제 초점 사이즈(14)가 tan(m₂)·a(㎜)×b(㎜)로 된다. 예를 들어, 도 1에 있어서 초점(12)의 사이즈를 1(㎜)×10(㎜), 취출 각도를 6°로 하면, 포인트 취출 후의 실제 초점 사이즈(13)는 1(㎜)×1(㎜)로 되고, 라인 취출 후의 실제 초점 사이즈(14)는 0.1(㎜)×10(㎜)으로 된다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 판정 장치에 있어서의 광학계에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 판정 장치에서는, 온라인 측정 시에 강판 진동의 영향을 받기 어려운 평행 빔 광학계를 이용한다. 도 2에, 평행 빔 광학계의 전체도를 도시한다. 본 실시 형태에 관한 판정 장치의 광학계는, X선원(21)과, 입사 광학계(22)와, 수광 광학계(23)와, 검출기(24)에 의해 구성된다.

도 2에 도시하는 X선원(21)은, 상술한 X선 관구가 사용된다. 또한, 입사 광학계(22)에는, X선원(21)측으로부터 차례로 출사 슬릿(22a)과, 반사면의 단면 윤곽선 형상이 포물선으로 된 다층막 반사 미러(22b)와, 입사측의 솔러 슬릿(22c)이 배치되어 있다. 또한, 솔러 슬릿(22c)에는, 솔러 슬릿(22c)에의 X선의 입사 확대 폭을 제한하는 입구측 개구부(22c₁)와, 솔러 슬릿(22c)으로부터의 X선의 출사 확대 폭을 제한하는 출구측 개구부(22c₂)가 설치되어 있다. 또한, 솔러 슬릿(22c)과 시료(25) 사이에는 제한 슬릿(22d)이 배치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 판정 장치에서는, 다층막 반사 미러(22b)를 생략할 수도 있다. 나아가, 다층막 반사 미러(22b) 대신에 분광 결정을 사용할 수도 있다. X선의 평행 빔화는, 솔러 슬릿(22c) 단독이거나, 또는 다층막 반사 미러(22b) 및 솔러 슬릿(22c)의 조합, 혹은 분광 결정 단독, 나아가 솔러 슬릿과 분광 결정의 조합 등에 의해서도 실현된다.

출사 광학계(23)에는, 출사측의 솔러 슬릿(23a)이 배치되어 있다. 또한, 솔러 슬릿(23a)에는, 솔러 슬릿(23a)에의 X선의 입사 확대 폭을 제한하는 입구측 개구부(23a₁)와, 솔러 슬릿(23a)으로부터의 X선의 출사 확대 폭을 제한하는 출구측 개구부(23a₂)가 설치되어 있다. 도 2 중, 부호 25는, X선 회절 측정의 시료가 되는 합금화 용융 아연 도금 강판이다. 이하, 입사 광학계(22) 및 수광 광학계(23)에 대해, 상세하게 설명한다.

입사 광학계(22)의 배치도를, 도 3a 및 도 3b에 도시한다. 도 3a는, 광학 소자로서 솔러 슬릿(22c)만을 사용하고, 이것에 포인트 취출한 X선을 입사시킨 예이다. 도 3a의 (a)는 시료를 측방으로부터 본 측면도이고, 도 3a의 (b)는 시료의 상방으로부터, 빔면에 수직으로 본 도면(빔면도)이다. 솔러 슬릿(22c)이라 함은, 얇은 금속판을 등간격으로 적층한 것으로, 입사 X선 및 회절선의 도 3a의 (a)에 있어서의 수직 방향의 발산을 제한하는 광학 소자이다. 도 1에 있어서의 초점(12)으로부터 발생한 X선은, 입사측의 솔러 슬릿(22c)에 의해, 입사 X선의 수직 방향 발산, 즉 데바이 고리의 겹침을 억제할 수 있다. X선은 퍼짐을 갖고 발생하여 링 형상으로 발산하므로, 이용하고자 하는 X선 부분의 주위에 다른 링 형상의 X선 분포가 존재하면, 회절선의 시프트가 발생한다(엄브렐러 효과). 솔러 슬릿(22c)은, 금속박(22c₃)의 간격(t)과 길이(L)로, 발산각(Δ)을 결정한다. 이 관계를 도 5에 도시한다. 금속박(22c₃)의 간격(t)이 좁으면, 높이 방향에서 입사 X선의 시야가 제한되어 강도가 낮아지지만, 수직 방향의 발산이 억제되어 분해능이 향상된다.

본 실시 형태에 있어서는, 시료(25) 상에 조사된 X선의 폭(시료 조사 폭) 및 길이(시료 조사 길이)를 산출하여, 시료(25) 상에서의 출사 빔 휘도를 구함으로써, X선원(21) 및 광학계의 사양을 설계한다. 따라서, 먼저 입사 광학계(22)의 광학 소자로서 솔러 슬릿(22c)만을 사용하고, 이것에 포인트 취출한 X선을 입사시킨 경우에 대해, 시료 조사 폭과 시료 조사 길이의 산출 방법을, 도 3a를 사용하여 설명한다. 시료 조사 폭 S_c는, 출사 빔 폭 B_c, 솔러 슬릿의 출구로부터 시료까지의 거리(이하, 시료 거리라고 함) L, Capture angle 폭 방향 α_c 및 시료에 대한 X선 입사 각도 θ로부터, 이하의 식(1)에 의해 산출된다.

출사 빔 폭 B_c는, 광학 소자의 설계에 의해 정해지는 값이지만, 대체로 1㎜ 전후이다. 도 3a에 있어서는, 솔러 슬릿(22c)의 출구측 개구부(22c₂)를 통과하는 X선 빔의 폭을 가리킨다. 시료 거리 L은, 짧을수록 높은 시그널 강도가 얻어지지만, 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 측정에 사용하는 것을 고려하면, 50㎜∼150㎜ 정도가 적합하다고 생각된다.

Capture angle이라 함은, 초점(12)으로부터 모든 방향으로 발산하고 있는 X선 중, 광학 소자에 도입되는 부분에 대한 유효 도입 각도를 말한다. Capture angle이 클수록, 광학 소자에 도입되는 X선의 양이 많아진다. Capture angle 폭 방향 α_c라 함은, 광학계를 측면으로부터 보았을 때의 도입 각도이다. 솔러 슬릿(22c)을 사용한 경우는, 솔러 슬릿(22c)을 통과하는 X선 빔의 확대 각도이며, α_c는 대체로 0.1∼0.6°의 범위이다. 시료(25)에 대한 X선의 입사 각도 θ는, 통상, 회절각의 절반 정도로 설정된다.

다음으로, 도 3a의 (b)에 도시하는 바와 같이, 시료 조사 길이 S_L은, X선 빔의 실제 초점 길이 X_L, 고니오 반경 R 및 Capture angle 길이 방향 α_L로부터, 이하의 식(2)에 의해 산출된다.

실제로 초점 길이 X_L은, 도 1에 도시하는 취출 후의 실제 초점(13, 14)의 단면 길이이다. 고니오 반경 R은, 실제 초점(13, 14)으로부터 시료(25)까지의 거리이다. Capture angle 길이 방향 α_L은, 광학계를 시료의 상방으로부터 보았을 때의 도입 각도이다. 솔러 슬릿(22c)을 사용한 경우는, 솔러 슬릿을 통과하는 X선 빔의 확대 각도이며, α_L은 대체로 3∼8°의 범위이다.

다음으로, 도 3b는, 광학 소자로서 솔러 슬릿(22c)과 다층막 포물면 미러(22b)를 사용하고, 이것에 라인 취출한 X선을 입사시킨 경우의, 입사 광학계의 배치도이다. 도 3b의 (a)는 시료를 측방으로부터 본 측면도이고, 도 3b의 (b)는 시료의 상방으로부터, 빔면에 수직으로 본 도면(빔면도)이다. 다층막 포물면 미러(22b)라 함은, 격자면 간격 경사형 포물면 미러를 말하며, 도 6에 도시하는 바와 같이, Capture angle 폭 방향 α_c가 최대가 되도록 미러면을 포물면 형상으로 하여, 그 형상의 어느 위치에서도 평행하게 Bragg 반사하도록 격자면 간격에 경사를 형성한 것이다. 상세는 하기의 참고 문헌에 설명이 있다. 다층막 미러를 사용하는 경우에는, 폭 방향이라 함은 X선원으로부터 본 미러면 길이 방향을 나타낸다. 다층막 포물면 미러의 Capture angle 폭 방향 α_c의 값은, 대체로 0.4∼0.7의 범위이다. 한편, 평판 다층막 미러에서는 일정한 격자면 간격으로 인해 Bragg 반사하는 조건이 정해져 있다. 이로 인해 평판 다층막 미러의 Capture angle 폭 방향 α_c의 값은, 미러의 로킹 커브 폭에 상당하고, 이것도 미러의 설계값으로 정해져 있지만, 대체로 0.05∼0.10의 범위이다. Capture angle 길이 방향 α_L은 광학계에서의 길이 방향의 선원 도입을 나타내지만, 이것은 솔러 슬릿 출구의 폭에 의해 정해진다.

참고 문헌 : 구조성물 Vol.10, No.1, P20∼29, 2004년, 아그네 기술 센터 발행

광학 소자로서 솔러 슬릿(22c) 외에, 다층막 포물면 미러(22b)를 사용하여, 이것에 라인 취출한 X선을 입사시킨 경우의 시료 조사 폭과 시료 조사 길이의 산출 방법을, 도 3b를 사용하여 설명한다. 시료 조사 폭 S_c는, 출사 빔 폭 B_c, 시료 거리 L, X선 입사 각도 θ로부터, 이하의 식(3)에 의해 산출된다.

식(3)에 있어서의 β라 함은, 출사 빔이 솔러 슬릿(22c)을 나오고 나서 시료에 도달할 때까지의 사이의 확대 각도이며, 다층막 포물면 미러(22b)의 설계에 의해 정해지는 값이다. 표 3의 실시예에서는 일반적인 값으로서, 0.05°를 사용하였다. B_c는 광학 소자의 설계에 의해 정해지는 값인데, 대체로 1㎜ 전후이다. 도 3b에 있어서는, 솔러 슬릿(22c)의 출구측 개구부(22c₂)를 통과하는 X선 빔의 폭을 가리킨다. L 및 θ는, 도 3a에 있어서 설명한 바와 같다.

시료 조사 길이 S_L은, 슬릿 출구 초점 길이 X_Lo, 시료 거리 L 및 Capture angle 길이 방향 α_L로부터, 이하의 식(4)에 의해 산출된다.

슬릿 출구 초점 길이 X_Lo는, 이 도면의 경우에는 제한 슬릿(22d)의 슬릿 길이와 동등해진다. 시료 거리 L, Capture angle 길이 방향 α_L은, 이미 서술한 바와 같다.

본 실시 형태에 관한 판정 장치에 있어서 이용하는 회절각은, 결정 격자면 간격 d가 1.5Å 이상에 상당하는 각도이다. 이것을 표 2에 나타낸다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 회절각이 결정 격자면 간격 d에 상당한다고 하는 것은, ±0.5° 이내로 미세 조정한 범위가 포함되는 것을 의미한다. 특히, 본 실시 형태에 있어서는, 번호 5, 7, 9, 10, 12, 13 및 15의 결정 격자면 간격 d에 대응하는 회절 각도를 채용하는 것이 바람직하다. 이들 회절 각도는, 각 회절 각도에 있어서의 회절 강도와, ζ상, δ₁상, Γ·Γ₁상과 같은 합금상의 두께와의 상관 계수가 비교적 높아, 도금층의 밀착성을 고정밀도로 평가할 수 있는 점에서 바람직한 회절 각도이다.

[표 2]

다음으로, 수광 광학계(23)에 대해 설명한다. 수광 광학계의 배치예를 도 4에 도시한다. 도 4는, 광학 소자로서 솔러 슬릿(23a)을 사용한 예이며, 도 4의 (a)는 시료를 측방으로부터 본 측면도이고, 도 4의 (b)는 시료의 상방으로부터, 빔면에 수직으로 본 도면(빔면도)이다. 수광 광학계(23)에 있어서의 솔러 슬릿(23a)의 역할은 분해능의 향상이다. 그 원리는, 이미 도 5에 도시한 바와 같다. 검출기(24)에 입사하는 X선 빔의 빔 폭 R_c와, 빔 높이 R_L의 곱이, 검출기(24)에 있어서의 X선 빔의 유효 면적으로 된다. 강판 위치가 변위되어도 가능한 한 많은 시그널을 도입하기 위해서는, 유효 면적이 넓을수록 우위이다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 판정 장치에 사용할 수 있는 X선 검출기로서는, 예를 들어 X선에 의한 전리를 가스로 행하는 비례 계수관(PC: Proportional Counter), 전리를 고체의 발광 작용을 이용한 신틸레이션 계수관(SC: Scintillation Counter), 반도체 소자에서 행하는 반도체 검출기(SSD: Solid State Detector) 등을 예시할 수 있다. 비례 계수관에는 가스를 흐르게 하면서 동작시키는 가스 플로우형과 금속 용기 내에 봉입된 봉입형이 있다. 반도체 검출기는 액체 질소로 냉각하면서 사용하는 Si(Li)형 검출기나, 전자 냉각에 의해 액체 질소를 사용하지 않는 실리콘 드리프트형 검출기(SDD: Silicon Drift Detector) 등이 있다. 신틸레이션 계수관보다 비례 계수관의 쪽이, 또한 이들보다도 반도체 검출기의 쪽이, 검출기에 입사하는 X선의 변별능(에너지 분해능)이 우수하지만, 반도체 검출기는 고가이며, 큰 소자를 제작하는 것이 곤란하여, 큰 유효 면적을 갖는 것이 그다지 시장에 나와 있지 않다. 신틸레이션 계수관 및 비례 계수관은 비교적 저렴하고, 회절 X선 분석에 적합한 크기의 것이 비교적 용이하게 제작 가능하므로, 본 실시 형태에 있어서도 적합하다.

시료가 용융 아연 도금 강판의 경우에 있어서, 입사 X선의 에너지가 강판의 Fe-Kα 형광 X선의 여기 에너지보다 높을 때에는, 검출기(24)에 입사하는 X선은, 입사 X선의 회절선과 철의 형광 X선의 양쪽이 된다. 철의 형광 X선은, 회절선에 대해서는 노이즈 성분으로서 취급되어, 얻어진 X선의 정보의 확실성을 낮추게 된다. 따라서, X선의 에너지로서, Fe-Kα 형광 X선의 여기 에너지보다 낮은 것, 예를 들어 Co-Kα를 선택하면, 철의 형광 X선의 발생을 억제할 수 있고, 그 결과, 얻어지는 X선 정보의 확실성을 높일 수 있어, 본 실시 형태에 관한 판정 장치로서 사용하는 데 있어서는 적합하다. 단, 이 경우, Zn-Kα 형광 X선도 여기되지 않으므로, Zn 부착량계의 X선원과 겸용할 수는 없게 된다.

본 실시 형태에 관한 판정 장치는, 평행 빔 광학계를 전제로, 「출사 빔 휘도」 및 「폭 방향 이득」이라고 하는 2개의 파라미터가 특정 하한값을 상회하도록, X선 관구 및 광학계의 설계를 함으로써, 목적의 회절 피크를 감도 좋게 검출할 수 있도록 한 것이다. 따라서, 먼저 「출사 빔 휘도」에 대해 설명한다.

「출사 빔 휘도」는, 시료 조사 면적당 X선의 휘도이다. 이것을 산출하는 순서는, 이하와 같다.

1) 실효 초점 휘도를 구한다.

2) Capture 보정 및 반사율 보정을 행한다.

3) 상기 보정과 시료 조사 면적으로부터 출사 빔 휘도를 구한다.

실효 초점 휘도는, X선 출력을 실제 초점 면적으로 나눈 값이다. 실제 초점 면적은, 도 1에서 설명한 실제 초점 사이즈로부터 이하와 같이 구한다.

포인트 취출에서는 실제 초점을 타원 근사, 라인 취출에서는 직사각형 근사하여 계산함으로써, 실측값에 가까운 값이 얻어진다.

다음으로, 실제 초점 단위 면적당 X선 출력을, 폭 방향·길이 방향으로 어느 정도 도입하고 있는지를 고려하여 Capture 보정하고, 또한 미러의 반사를 어느 정도 이용하고 있는지 반사율 보정한다. 보정식은 이하와 같다.

Capture 보정은, 실효 초점 휘도(X선원으로부터 발산하고 있는 모든 X선 강도)에 대해, 어느 정도 이용(폭·길이의 곱)하고 있는지를 보정하는 것이다. 반사율 보정은, 폭 방향, 길이 방향의 광학 소자의 반사율의 곱이다.

(8)식에서 얻어진 보정값을, 시료 조사 면적으로 나눈 값이, 「출사 빔 휘도」이다. 시료 조사 면적은, 도 3a, 도 3b에서 설명한, 시료 조사 폭 S_c와 시료 조사 길이 S_L의 곱이다. 출사 빔 휘도가 클수록, 회절선의 시그널 강도가 커져, 감도가 좋은 정량성이 우수한 회절 피크가 얻어진다.

다음으로, 「폭 방향 이득」에 대해 설명한다. 폭 방향 이득은 다음 식으로 산출된다.

폭 방향 이득은, X선원으로부터 미러 등의 광학 소자를 본 경우에, 폭 방향으로 어느 정도 소자를 예상하고 있는지, 또한 어느 정도 반사를 이용하고 있는지를 나타내는 지표이다. 폭 방향 이득이 클수록, 광학 소자를 유효하게 이용할 수 있는 것을 의미하고, 선원으로부터의 X선을 유효하게 도입하여 평행화하여 반사시켜, 시료에의 조사로 유도할 수 있다.

본 실시 형태의 판정 장치에 있어서, 출사 빔 휘도가 20W/㎟ 이상인 것이 바람직하고, 50W/㎟ 이상인 것이 보다 바람직하고, 80W/㎟ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 출사 빔 휘도가 20W/㎟ 이상이면, 회절 강도를 높일 수 있고, 판정에 필요로 하는 시간을 대폭 단축할 수 있다.

또한, 폭 방향 이득은 0.15 이상인 것이 바람직하고, 0.25 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.35 이상인 것이 더욱 바람직하다. 폭 방향 이득이 0.15 이상이면, X선의 이용률을 높일 수 있고, 이에 의해, 회절 강도를 높일 수 있어 판정에 필요로 하는 시간을 대폭 단축할 수 있다.

본 실시 형태에 관한 판정 장치를 합금화 용융 아연 도금 강판 제조 라인에 설치하는 데 있어서, 설치 위치의 범위로서는, 합금화 완료 이후로부터 코일 권취까지의 범위 내이면 된다. 또한, 판 두께 변동과 강판 진동의 영향을 고려할 필요가 있다. 이후의 실시예에서 설명하지만, 장치 성능상은, 시료의 기준 위치로부터의 변동이 ±3㎜ 이내이면, 측정 감도상, 문제없다. 통상, 판 두께 변동 폭은 3㎜ 정도로 생각되므로, 강판 진동 폭이 3㎜ 이내로 되도록 제어된 장소에 설치하는 것이 바람직하다. 진동 제어의 방법으로서는, 터치 롤에 의한 지지, 롤에의 권취, 제진 장치의 설치 등, 공지의 방법을 적용하면 된다.

본 실시 형태에서는, 광학계에 사용 가능한 광학 소자로서, 솔러 슬릿 및 다층막 포물면 미러를 예시하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 반사면이 평탄한 평판형 다층막 미러나, LiF, 파이로그래파이트, Si 또는 Ge 등의 분광 결정, 등, 공지의 광학 소자를 적용할 수 있다. 또한, 실시예 B와 같이, 입사 광학계에 분광 결정을 사용하고, 그 후 솔러 슬릿을 병용한 경우에는, 시료 조사 폭은 (1)식, 시료 조사 길이는 (4)식을 사용하여 구한다.

이하, 본 실시 형태에 관한 판정 장치의 구체예에 대해, 도 7을 참조하여 설명한다.

온라인 측정 장치의 대표예로서, Fe-Zn 합금상 중 Γ·Γ₁상을 검출하는 장치의 구체적 구성을, 도 7에서 설명한다.

도 7은, X선 관구로서 Co 회절 관구를 사용한 경우에 있어서의, Γ·Γ₁상의 온라인 측정 장치의 모식도이다. X선의 취출 방식은 라인 취출 방식이다. 도 7에서는, 슬릿이나 계수 기록 장치 등에 관한 도시는 생략하고 있다. 이 측정 장치에서는, X선의 회절각 2θ는 55.86°로 설정되어 있다. X선 관구(31)로부터 강대(32)에 X선이 조사되면, 서로 다른 회절각을 갖는 복수의 회절 X선이 발생한다. 이 중, 검출기(33)에서는, Γ·Γ₁상의 결정 격자면 간격 d=1.914Å에 상당하는 회절 X선의 강도가 측정된다. 검출기(34)에서는, 고각측의 백그라운드 강도가 측정된다. 백그라운드의 측정각은, X선 회절 도형을 바탕으로 검출기(33)에서 검출되는 d=1.914Å에 상당하는 회절 X선의 근방에서 적절하게 결정할 수 있고, 예를 들어 0.5∼15°정도, 착안하는 회절 X선으로부터 이격된 측정각을 채용할 수 있다. 실용상은, 온라인 측정에 앞서, 오프라인에서 적절한 백그라운드의 측정각을 구하는 것이 바람직하다. 또한, 회절 X선과 백그라운드의 각도 차가 5°이하인 경우에는, 검출기(34)를 배치하는 것이 물리적으로 곤란하므로, 회절 X선용 검출기(33)를 사용하여, 회절각의 근방에서 소정의 각도만큼 주사시킴으로써, 백그라운드를 구해도 된다.

상술한 회절 X선 강도를 사용함으로써 Γ·Γ₁상의 양을 측정할 수 있다. Γ·Γ₁상의 정량은, 예를 들어 회절 X선 강도로부터 백그라운드 강도를 차감한 값을, 미리 작성한 검량선에 기초하여, 상의 양으로 변환할 수 있다.

비교로서, 종래 기술에 의한 고각측 Fe-Zn상 피크 측정 장치의 구성을 도 8에 도시한다.

도 8에 도시하는 판정 장치는, Fe-Zn 합금상에 포함되는 Γ·Γ₁상, δ₁상, ζ상의 3상 중 2상 또는 3상의 회절 X선을 동시에 측정하기 위한 온라인 측정 장치이다. 도면 중, 부호 41은 Cr을 타깃으로 하는 형광 X선 관구이다. 부호 47은 강대이다. 검출기(42)에서 Γ·Γ₁상의 d=1.222Å에 상당하는 회절 X선을 검출하고, 검출기(43)에서 ζ상의 d=1.260Å에 상당하는 회절 X선을 검출하고, 검출기(44)에서 δ₁상의 d=1.279Å에 상당하는 회절 X선을 검출한다. 또한, 검출기(45)에서는 고각측 백그라운드 강도를 측정하고, 검출기(46)에서는 저각측 백그라운드 강도를 측정한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 판정 장치에 의하면, 광학계로서 X선의 평행 빔을 합금화 용융 아연 도금 강판에 조사하는 광학계를 구비하고 있으므로, 반송 라인을 주행하는 합금화 용융 아연 도금 강판이 진동하였다고 해도, X선의 입사각이 빔 내에서 일정해지므로, X선의 회절 각도를 일정하게 할 수 있어, 회절 X선의 검출 감도를 높일 수 있다. 그리고, 출사 빔 휘도가 20W/㎟ 이상임과 함께, 폭 방향 이득이 0.15 이상이므로, X선의 회절 강도가 높아져 판정에 필요로 하는 시간을 대폭 단축할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 판정 장치에 의하면, 검출기(24)가, 결정 격자면 간격d가 1.914Å에 상당하는 회절 X선을 검출하는 회절각의 위치에 설치되어 있음으로써, Γ·Γ₁상의 두께를 고정밀도로 계측할 수 있어, 도금층의 밀착성을 고정밀도로 판정할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 판정 장치에 의하면, X선 관구로서, 합금화 용융 아연 도금 강판에 입사하는 X선의 에너지가 Fe-Kα의 형광 X선 여기 에너지보다 작아지는 X선 관구를 사용함으로써 Fe-Zn 합금상에 포함되는 Γ·Γ₁상, δ₁상, ζ상의 3상의 검출 감도를 높일 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 제조 라인에 의하면, 판정 시간이 단축화된 상기한 판정 장치를, 합금화로 이후, 코일 권취까지의 사이에 있고, 판 두께 변동과 강판 진동의 합이 ±3㎜ 이내로 되는 위치에 설치함으로써, 합금화 용융 아연 도금 강판의 통판 속도가 고속화된 경우라도, 밀착성의 판정에 필요한 강판 길이를 짧게 할 수 있어, 코일 전체 길이에 걸친 품질 보증이 가능해지고, 또한 조업 조건에의 신속한 피드백이 용이해진다.

실시예

다음으로, 실시예를 사용하여 본 발명을 설명한다.

실시예 1에서는, 평행 빔 광학계를 사용하여, 「출사 빔 휘도」 및 「폭 방향 이득」이 변화되도록 X선 관구 및 광학계의 사양을 설계함으로써, 결정 격자면 간격 d가 1.5Å 이상에 상당하는 Fe-Zn상 저각 피크의 강도가 어떻게 변화되는지 등에 대해, 실험실에서 측정한 결과에 대해 설명한다. 실시예 2에서는, 본 실시 형태에 관한 판정 장치를 합금화 용융 아연 도금 제조 라인에 설치하여, 온라인 측정한 결과에 대해 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 예에 한정되지 않는다.

(실시예 1)

공시 강판으로서 실제 라인에서 제조한 합금화 용융 아연 도금 강판의 샘플을 준비하였다. Zn 부착량은 45g/㎡, 도금층 중의 Fe(％)는 9.5％ 및 10.5％이다. 오프라인에서의 도금 밀착성 판정은, 9.5％인 것이 합격(A 평가), 10.5％가 합격 여부의 경계선에 가깝지만 불합격(C 평가)이었다. 이들을 사용하여, 표 3A∼표 3D에 나타내는 수준의 측정을 실험실에서 행하였다.

X선 관구에는, 출력, 초점 사이즈, 취출 방법이 상이하고, 또한 금속 타깃으로서 Cr, Cu, Co를 사용한, 형광용 또는 회절용 봉입형 X선 관구를 사용하였다. 회절용 X선 관구에 있어서는 취출 각도는 모두 6°이다. 형광용 X선 관구로서는, 타깃 상의 초점 사이즈가 7㎜×7.5㎜이며, 필라멘트로부터의 전자선에 대한 타깃의 경사 각도가 26°인 것을 사용하였다. 이 경우, 취출된 X선의 실효 초점 사이즈는 7㎜×7㎜로 된다.

입사 광학계의 광학 소자에는, 이하의 조합의 것을 사용하였다. 표 3B 중의 기호와 함께 광학 소자의 조합을 나타낸다.

「-」…솔러 슬릿만

「A」…솔러 슬릿 및 다층막 포물면 미러

「B」…솔러 슬릿 및 파이로그래파이트

「C」…솔러 슬릿 및 평탄형 다층막 미러

수광 광학계의 광학 소자에는, 솔러 슬릿을 사용하였다. 검출기에는 이하를 사용하였다. 표 3B 중의 기호와 함께 검출기의 종류를 나타낸다.

「S-PC」… 봉입형 가스 비례 계수관

「SDD」… 반도체 검출기

「SC」… 신틸레이션 계수관

얻어진 Fe-Zn상의 회절 시그널을 이하의 관점에서 평가하였다.

강도(cps):

도금층 중의 Fe(％)가 9.5％인 강판을 사용하여, 피크 강도로부터 백그라운드 강도를 뺀 값을 강도로서 구하였다. 백그라운드는 피크 양단부를 연결하는 직선으로 하였다. 측정 시간은 0.1sec였다.

판정 시간(sec):

도금층의 Fe(％)가 9.5％인 강판과, 10.5％인 강판의 강도를 비교하여, 양자의 차이가, 측정 오차(이론 표준 편차)의 3배가 되는 데 필요한 측정 시간을 구하였다. Γ상의 피크 강도를 측정한 경우, 밀착성 합격 여부 판정에 필요한 측정 시간에 상당한다.

진동 허용성(㎜):

도금층의 Fe(％)가 9.5％인 강판을 사용하여, 샘플 위치를 변동시키면서 피크 강도의 변화를 조사하고, 진동에 의한 변위를 어디까지 허용할 수 있는지를 평가하였다. 도 10에 결과의 예를 나타낸다. 이 경우, ±3㎜의 진동을 허용할 수 있다고 판정된다.

결과를 표 3A∼표 3D에 나타낸다. No.1∼28에 있어서, 본 발명예는 비교예에 대해, 폭 방향 이득 및 출사 빔 휘도가 높아지도록, X선 관구나 광학계의 사양을 설계하고 있다. 이 관계를 도 9에 나타낸다. 여기서 표 3의 시그널 특성을 비교하면, 본 발명예는 비교예에 비해, 시그널의 강도가 높고, 판정 시간이 짧고, 또한 진동에 대해서는 ±3㎜의 허용도를 갖는다. 이 결과, 고속 통판에 의해 측정 시간이 단축되고, 진동이 격화되어도 문제없이 측정할 수 있다. 즉, 고속 조업에 대한 추종성이 높다.

No.29∼31은, 종래 기술에 의한 고각측 Fe-Zn상 피크의 측정예이다. 시그널의 강도는 높고, 강판 진동도 허용할 수 있지만, 애당초 각 상의 피크 분리에 과제가 있어, 도금층 중의 Fe(％)가 상이한 샘플의 차이를 정확하게 판정할 수 없다.

[표 3A]

[표 3B]

[표 3C]

[표 3D]

(실시예 2)

본 실시 형태에 관한 판정 장치를 합금화 용융 아연 도금 강판 제조 라인에 설치하였다. 설치 위치는, 합금화 완료 후의 수평 패스, 롤 권취부이다. 장치의 구성은 도 7에 도시한 바와 같다. 장치의 사양은, 표 3의 No.6과 같다.

제조 라인에 있어서 합금화 용융 아연 도금 강판을 라인 속도 180mpm으로 제조하였다. 합금화 용융 아연 도금 강판의 제조 중에, 합금화 온도를 의도적으로 적정 합금화 온도로부터 과합금 온도까지 변화시켜, 1개의 코일 중에 밀착성 양호부와 불량부가 존재하도록 하였다. 이러한 시험을 3코일에서 반복하였다. 코일의 프론트부, 미들부, 테일부로부터 샘플링하여, 오프라인에서 밀착성 시험을 한 바, 밀착성 평점은, A 평가(합격), B 평가(합격 여부의 경계선에 가깝지만 합격), C 평가(합격 여부의 경계선에 가깝지만 불합격)이었다. 이들 샘플을 정전위 전해법에 의해, Γ상 단층만 남기고 도금층을 박리하여, 오프라인에서 Γ상의 회절선 강도를 구하였다.

한편, 상기한 코일 제조 시에, 도 7에 도시하는 본 실시 형태에 관한 판정 장치를 가동시켜, 온라인에서 Γ상의 회절선 강도를 측정하였다. 이것을 종축으로 하고, 횡축에 오프라인에서의 Γ상 단층의 회절선 강도를 횡축으로 하여, 결과를 플롯한 것이 도 11이다.

도 11로부터, 본 실시 형태에 관한 판정 장치는, 합금화 용융 아연 도금 강판을, 라인 속도 180mpm으로 고속 조업한 경우라도, 도금 밀착성을 오프라인 평가와 마찬가지로 정확하게 판정할 수 있는 것을 알 수 있다.

이상, 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이면, 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속한다.

본 발명에 따르면, 품질이 안정된 합금화 용융 아연 도금 강판을 저렴하고 또한 안정적으로 공급할 수 있어, 방청성이 우수한 자동차의 보급이 점점 촉진된다. 이것은 자동차의 수명이나 안전성 향상으로 이어지고, 또한 자원 절약의 관점에서 지구 환경의 개선에도 기여한다. 따라서 산업상의 이용 가치는 극히 크다.

21 : X선원(X선 관구)
22 : 입사 광학계(광학계)
24 : 검출기

Claims

반송 라인 상을 주행하는 합금화 용융 아연 도금 강판을 향해 X선을 조사하는 X선 관구와 ;
상기 X선 관구로부터 발생된 X선을 평행 빔으로서 상기 합금화 용융 아연 도금 강판에 조사·회절시키는 광학계와 ;
회절된 상기 X선의 강도를 측정하는 것이며, 결정 격자면 간격 d가 1.5Å 이상에 상당하는 회절 X선을 검출하는 위치에 설치된 검출기;
를 구비하여 이루어지고,
상기 X선의 출사 빔 휘도가 20W/㎟ 이상으로 되고, 상기 광학계에 있어서의 상기 X선의 폭 방향 이득이 0.15 이상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치.
제1항에 있어서,
상기 검출기가, 상기 결정 격자면 간격 d가 1.507Å, 1.536Å, 1.623Å, 1.720Å, 1.833Å, 1.899Å, 1.914Å, 1.971Å, 2.363Å, 2.593Å, 2.770Å, 3.692Å, 4.109Å, 5.535Å, 6.351Å 중 어느 하나에 상당하는 회절 X선을 검출하는 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 X선 관구로서, 상기 합금화 용융 아연 도금 강판에 입사하는 X선의 에너지가 Fe-Kα의 형광 X선 여기 에너지보다 작아지는 X선 관구를 사용하는 것을 특징으로 하는, 합금화 용융 아연 도금 강판의 온라인 도금 밀착성 판정 장치.
제1항 또는 제2항에 기재된 온라인 도금 밀착성 판정 장치를, 합금화로 이후, 코일 권취까지의 사이에 있고, 판 두께 변동과 강판 진동의 합이 ±3㎜ 이내로 되는 위치에 설치한 것을 특징으로 하는, 고속 조업 가능한 합금화 용융 아연 도금 강판 제조 라인.